水電調速系統介紹

調速系統的作用和系統組成

調速系統的作用

調速系統(Governor System)作用是控制水輪機和發電機的轉速（頻率）和有功功率。是水電站中重要的控制系統。

調速系統的組成

系統組成主要涉及

• 調速器 governor

• 水輪機 turbine

• 發電機 generator

調速器 Governor

• PID 控制器

• 執行機構 actuator

PID=Proportion-Integration-Differentiation 比例-積分-微分控制器

PID 控制器是一個在工業控制應用中常見的反饋回路部件。這個控制器把收集到的數據和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統的數據達到或者保持在參考值。

執行機構是執行PID的輸出運算結果，例如液壓機，伺服電機等

水輪機

水輪機是水電站中將水流的動能轉化為機械能的設備。通過水電站的大壩將水流集中，讓水通過水渠管道引至水輪機，沖擊水輪機轉動，并由水輪機帶動與其連接的發電機產生電能。

按照工作原理，大致可分為三類

• 沖擊式水輪機 impulse turbine      

利用高速水流沖擊水斗或葉片做功

• 反擊式水輪機 reaction turbine    

 利用水流的壓力和動能來做功

• 水泵水輪機    

 一種可逆式水輪機，即可做水輪機，也可做水泵，一般用在抽水蓄能電站

沖擊式水輪機 impulse turbine

典型代表：Pelton Turbine 佩爾頓式水輪機

利用水動能沖擊水斗來獲得能量。

主要部件

• Nozzle 噴嘴

• Deflector 變流器/折向器

• Runner 旋轉輪

• Jet of water 噴水柱/水槍

• Bucket or vane 水斗或葉片

• Braking jet or nozzle 制動噴嘴

• Spear 長矛：用于控制水流

適合水頭高度最高為2000米，低流量，*水頭。

涉及的產品應用

• Nozzle alignment 噴嘴對中      

噴嘴射出的水柱與水斗之間的對中，利用角位傳感器KINAX采集的信息，通過油壓機或電氣的方式

• The angle of deflector  折向器的角度    

折向器安裝在噴嘴和旋轉輪之間，用于減少水輪機的輸出，可快速切斷水動能。角位傳感器KINAX系列 用于采集折向角度。

反擊式水輪機 reaction turbine

典型代表1：Francis turbine 法蘭西斯式水輪機 混流式：水流徑向流入轉輪，軸向流出。利用水流的壓力和動能來帶動軸上的葉片同心圓轉動來做功。

主要部件

• Stationary Vane 固定葉片

• Penstock 水渠

• Guide Vanes 導流葉片

• Scroll casing 蝸形殼

• Runner 旋轉輪

• Draft tube 尾水管

適合水頭高度最高為700米，高流量，高水頭。

涉及的產品應用

• The angle of guide vane 導流葉片的角度      

導流葉片的角度可以調整，用于控制水流大小，進而控制水輪機的表現效率。角位傳感器KINAX系列 可以用于測量葉片角度。

反擊式水輪機 reaction turbine

典型代表2：Kaplan turbine 卡普蘭式水輪機

軸流式：水流沿轉輪軸向流入，軸向流出，水流方向始終平行于主軸。水流從水輪機四周水平方向向中心流入，然后轉為向下方向推動轉輪葉片做功。

主要部件

• Runner blades 螺旋槳式刀鋒葉片

• Guide Vanes 導流葉片

• Scroll casing 蝸形殼

• Draft tube 尾水管

適合水頭高度最高為80米，高流量，低水頭。

涉及的產品應用

The angle of guide vane 導流葉片的角度      

導流葉片的角度可以調整，用于控制水流大小，進而控制水輪機的表現效率。角位傳感器KINAX 可以用于測量葉片角度，輸出信號給控制器。

The angle of runner blade 刀鋒葉片的角度      

刀鋒葉片的角度可以調整，提供良好的控制特性，在不受負載影響的恒定轉速下實現*佳效率。角位傳感器KINAX 可以用于測量葉片角度，輸出信號給控制器。

水輪機選型參考

發電機

涉及的產品應用 Monitoring of frequency and power 發電機的頻率和有功功率監測     發電機端的頻率和有功功率監測數據傳入調速器的PID控制器，與預設好的參考值比較，并不斷地自我學習調整優化。如監測到數據異常，調速器迅速動作調整。多功能電量變送器SINEAX CAM/ DM5系列可監測頻率和有功功率，支持多路模擬量信號輸出。

德國GMC-I高美測儀 產品介紹

角位傳感器 KINAX系列

推薦 KINAX WT707/WT717

絕對位置角位變送器，用于惡劣環境，直徑>100mm

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角位傳感器 KINAX系列

多功能電量變送器 SINEAX CAM

• 支持多種電氣系統

• 功率不確定度±0.2%

• 頻率不確定度±0.01Hz

• 最多支持8路模擬量輸出

• 支持多種通訊方式

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多功能電量變送器 SINEAX CAM

多功能電量變送器 SINEAX DM5系列

• 支持多種電氣系統

• 功率不確定度±0.2%

• 頻率不確定度±0.01Hz

• 最多支持4路模擬量輸出

• 支持多種通訊方式

• 可編程

多功能電量變送器 SINEAX DM5系列